Построение ИС на базе использования моделей ИТ.

Построение ИС на базе использования моделей ИТ.

Принципы методологии построения или реорганизации ИС.

(Слайд 1)

1. Уровни моделирования ИТ в ИС

1.1. Концептуальный уровень

1.2. Логический уровень

1.3. Физический уровень

2. Моделирование управления в ИС

2.1. Фаза планирования

2.2. Фаза учета

2.3. Фаза анализа

2.4. Фаза регулирования

3. Принципы построения или реорганизации ИС

3.1. Автоматизация проектирования ЭИС

3.2. Модельный подход

3.3. Case-технологии

4. Учет особенностей, принятие решений и основные принципы методологии построения

ИС

4.1. Необходимость учета особенностей при построении ИС

4.2. Принятие решений при построении ИС

 

Цель функционирования ИС – превращение исходной информации в результатную информацию с помощью ИТ. Реализация ИТ, а следовательно построение самой ИС происходит на основании создаваемых моделей разных уровней.

 

 

Уровни моделирования ИТ в ИС.

Концептуальный уровень

 

Концептуальная мо­дель базовой ИТ в ИС (Слайд 2) представляется блоками информационных процессов, и процедур:

 

· прямоу­гольник - процесс или процедура, в которых пре­обладают ручные или традиционные операции;

· овал - автоматические операции, произ­водимые с помощью технических средств (ЭВМ и средств пе­редачи данных).

 

В верхней части модели информационные про­цессы и процедуры осуществляют преобразование собственно информа­ции, имеющей ярко выраженный семантический аспект информации. Син­таксический аспект информации находится здесь на втором плане.

В нижней части модели производится преоб­разование данных, т.е. информации, представленной в ма­шинном виде. И на этом уровне представления преобладает синтаксический аспект информации.

 

Получение исходной информации начинается с процесса сбора информации, которая должна в информацион­ном плане отразить предметную область, т.е. объект управле­ния или исследования (его характеристики, параметры, состо­яние и т.п.). Собранная информация для ее оценки (по полно­те, непротиворечивости, достоверности и т.д.) и последующих преобразований должна быть соответствующим образом под­готовлена (осмыслена и структурирована, например, в виде таблиц).

После подготовки информация может быть переда­на для дальнейшего преобразования различными спосо­бами, а может быть сразу преобразована в машин­ные данные, т.е. выполняется процесс ввода. Процессы сбора, подготовки и ввода в ИТ ИС являются как ручными (в основном), так и автоматизированными Процесс ввода преобразует информацию в данные, имеющие форму цифровых кодов, реализуемых на физическом уровне с помощью различных фи­зических представлений (электрических, магнитных, оптических, механических и т.д.).

Следующие за вводом информационные процессы протекают в ЭВМ (или организуются ЭВМ) и про­изводят преобразование данных в соответствии с поставленной задачей. После вывода из ЭВМ результат обработки представляет собой смыс­ловую результатную информацию.

При преобразованиях данных можно выделить четыре основ­ных информационных процесса и соответствующие им про­цедуры (Слайд 2):

 

1. Процессобработкиданных - преобразование зна­чений и структур данных, а также их преобразование в фор­му, удобную для человеческого восприятия, т.е. отображени­е. Отображенные данные - это уже информация. Процедуры преобразования данных осуществляются по определенным алгоритмам и реализуются в ЭВМ с помощью набора машин­ных операций. Процедуры отображения переводят данные из цифровых кодов в изображение (текстовое или графическое) или звук.

2. Информационный процесс обмена связан взаимными потока­ми данных со всеми информационными процессами на уровне переработки данных. При обмене данными выделяются два основных типа процедур:

 

· процедуры передачи данных по каналам связи - реализуются с помощью операций кодирования-декодирования, модуляции-демодуляции, согласования и уси­ления сигналов;

· сетевые процедуры в вычислительной сети - реализуются с помощью операций коммутации и маршрутиза­ции потоков данных (трафика) в сети. Про­цесс обмена позволяет, с одной стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с другой - объединять информацию многих ее источников.

 

3. Процесс накопления - преобразовывает информа­цию в форме данных для ее длительного хранения, постоянного обновления и оперативного извле­чения в заданном объеме и по заданным признакам – т.е. это процесс хранения и актуализации данных.

· хранение - создание такой структуры расположения данных в памяти ЭВМ, которая позволила бы быстро и неизбыточно накапли­вать данные по заданным признакам и не менее быстро осу­ществлять их поиск;

· актуализация - поддержание хра­нимых данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач в ИС с помощью операций добавления новых данных к уже хранимым, корректировки (изменения значений или элемен­тов структур) данных и их удаления.

 

4. Процесс представления - один из основных, посколь­ку высшим продуктом ИТ является знание. Вывод нового знания - это эквивалент решения задачи, ко­торую не удается представить в формальном виде. Т.о., процесс представления знаний состоит из процедур полученияформализованных знаний и процедур генерации (выво­да) новых знаний из полученных. Практическая реализация процесса представления знаний с помощью ЭВМ постоянно развивается: продолжаются поиски форм представления знаний в теории искусствен­ного интеллекта, имеются и практические трудности при со­здании баз знаний. В современных условиях процесс пред­ставления знаний занимает ключевое место в ИС и ИТ.

 

 

Логический уровень

 

Логический уровень ИТ в ИС - комплекс взаимосвязанных моделей, формализующих информационные процессы преобразо­вания информации и данных. Формализованное (в виде мо­делей) представление ИТ позволяет связать параметры информационных процессов, а это означа­ет возможность реализации управления информационными процессами и процедурами в ИС.

Состав и взаимосвязи моделей базо­вой ИТ в ИС (Слайд 3) могут различаться в зависимости от области применения и назначения. Например, ввиду отсутствия недорогих, надежных и простых в эксплуатации интеллектуальных систем, процесс представле­ния знаний в структуре организуемой ИТ в низкоуровневой ИС может отсутствовать. И наоборот, этот процесс обязательно реализуется в ИТ высокоуровневой КИС.

На основе модели предметной области (МПО), характери­зующей объект управления, создается общая модель управле­ния (ОМУ), определяющая модели решаемых задач (МРЗ). Так как они имеют в своей основе различные информационные процессы, то на передний план выходит модель организации информаци­онных процессов, на логическом уровне увязывающая эти процессы при решении задач управления.

При обработке данных формируются пять основных ин­формационных процессов:

 

1. обработка,

2. обмен,

3. накопление,

4. представление знаний,

5. управление данными

 

1. Модель обработки данных (Слайд 4) - формализован­ное описание процедур организации вычислительного процес­са, преобразования данных и отображения данных.

 

Орга­низация вычислительного процесса (ОВП) - управ­ление ресурсами ЭВМ (память, процессор, внешние ус­тройства) при решении задач обработки данных. Эта проце­дура формализуется в виде комплекса алгоритмов и программ системно­го управления компьютером, т.е. операционных систем (ОС), являющихся связующим звеном между ресурсами компьютера и прикладными программами, органи­зующим их работу.

Процедуры преобразования данных (ПД) на ло­гическом уровне - алгоритмы и програм­мы обработки данных и их структур:

 

· стан­дартные процедуры (сортировка, поиск, создание и преобразование статистических и динамических структур дан­ных),

· нестандартные процедуры, обусловленные алго­ритмами и программами преобразования данных при реше­нии конкретных информационных задач.

 

Модели процедур отображения данных (ОД) - компьютерные програм­мы преобразования данных, представленных машинными ко­дами, в воспринимаемую человеком информацию, несущую в себе смысловое содержание (текстовая информация, гра­фики, изображение, звук).

2. Модель обмена данными (Слайд 5) - формальное опи­сание процедур, выполняемых в сети.

 

Эти процедуры - пере­дача (П), маршрутизация (М), коммутация (К) составляют информационный процесс обмена. Качественную работу сети обеспечивают протоколы сетевого обмена. В свою очередь, передачадан­ных основывается на моделяхкодирования, модуляции, кана­лов связи.

Модель обмена позволяет построить топо­логию вычислительной сети, определить метод коммутации, протоколы и процедуры доступа, адресации и маршрутизации.

 

3. Модель накопления данных (Слайд 6) формализует описание инфор­мационной базы, которая в компьютерном виде представля­ется базой данных.

 

Процесс перехода от информационного (смыслового) уровня к физическому отличается трехуровневой системой моделей представления информационной базы:

 

I. Концептуаль­ная схема информационной базы (КСБ) описывает информа­ционное содержание предметной области, т.е. какая информация и в ка­ком объеме должна накапливаться.

II. Логическая схема инфор­мационной базы (ЛСБ) формализованно описывает ее структуру и взаимосвязь элементов информации. При этом могут быть использованы различные подходы: реляционный, иерархический, сетевой.

III. Физическая схема информа­ционной базы (ФСБ) и ее СУБД определяются выбором логической схемы. ФСБ описывает методы размещения дан­ных и доступа к ним на машинных (физических) носителях информации.

 

4. Модель представления знаний (Слайд 7) - позволяет проектировщику ИС, используя CASE -технологии создавать модель предметной области, а также модели решаемых задач. Ранее формирова­ние предметной области и решаемых задач произво­дилось в основном человеком, что было связано с трудностями формализации этих процессов. По мере развития теории и прак­тики интеллектуальных систем становится возможным фор­мализовать человеческие знания, на основе которых и форми­руются вышеуказанные модели. Модель представления знаний может быть выбрана в зависимости от предметной области и вида решаемых задач. Практически используются та­кие модели, как логические (Л), алгоритмические (А), фреймо­вые (Ф), семантические (С) и интегральные (И).

 

5.Взаимная увязка в ИС базовых информационных процессов, их синхронизация на логическом уровне осуществляются через модель управления данными (УД) (Слайд 8):

 

· управление данными - управление процессами обработки, обмена и накопле­ния;

· управление процессом обработки данных - уп­равление организацией вычислительного процесса, преоб­разованиями и отображениями данных в соответствии с моде­лью организации информационных процессов, основанной на модели решаемой задачи;

· управление процессом обмена - управление процедурами маршрутизации и ком­мутации в вычислительной сети, а также передачи сообще­ний по каналам связи;

· управление данными в процессе на­копления - организация физического хранения дан­ных в базе и ее актуализация, т.е. добавление данных, их корректировка и удаление. Здесь же - управление процедурами поиска, группировок, вы­борок и т.п. На логическом уровне управление процессом накопления реализуется комплексами программ управления базами данных (СУБД). Увеличение объемов информации, хранимых в БД, ведет к переходу к распределенным базам и банкам дан­ных.

 

Физический уровень

 

Физический уровень ИТ в ИС представ­ляет ее программно-аппаратную реализацию при максимальном использовании типовых технических сред­ств и ПО, что существенно уменьшает затраты на создание и эксплуатацию ИС. Вычислительная система (ВС), как комплекс про­граммно - аппаратных средств, практически осуществляет базовые информационные процессы и процедуры ИТ в ИС. Та­ким образом, и на физическом уровне ИТ в ИС рассматривается как большая система, в которой выделяется несколько крупных подсистем (Слайд 9):

 

1. Подсистема обработки данных,

2. Подсистема обмена данными,

3. Подсистема накопления данных,

4. Подсистема управления данны­ми,

5. Подсистема представления знаний.

1. Подсистема обработки данных - здесь применяются три основных класса ЭВМ: на верхнем уровне - большие универсальные ЭВМ (мэйнфреймы), способные накап­ливать и обрабатывать громадные объемы информации и ис­пользуемые как главные ЭВМ; на среднем - серверы; на нижнем уровне - ПК или управляющие ЭВМ. Обработка данных, т.е. их преобразование и отображение, производится с помощью программ решения задач в той предметной облас­ти, для которой создана ИТ.

2. Подсистема обмена данными - комплекс программ и устройств, реализующих вычислительную сеть, выполняющую передачу и прием сообщений с необходи­мыми скоростью и качеством. Физическими компонентами под­системы обмена служат сетевые компьютеры, маршрутизаторы, усилители, коммутаторы и т.п., осуществляющие коммутацию, маршрутизацию и доступ к сетям. Программными компонентами подсистемы яв­ляются программы сетевого обмена, реализующие сетевые про­токолы, кодирование -декодирование сообщений и др.

3. Подсистема накопления данных - реализуется с помощью банков и баз данных. В вычислительных сетях, помимо локальных баз и банков, используется организация распределённых банков данных и распределённой обработки данных. Аппаратно-программными средствами этой подсис­темы являются компьютеры различных классов с соответству­ющим программным обеспечением.

4. Подсистема управления данными организуется с помощью подпрограммных систем управления об­работкой данных и организации вычислительного процесса, систем управления вычислительной сетью и СУБД. При больших объемах накапливаемой в БД и циркулирующей в сети информации могут создаваться специальные службы администрирования БД и администрирования сети и т.п.

5. Подсистема представления знаний создается для автоматизированного формирования модели предмет­ной области и моделей задач, решаемых в рамках ИС. На стадии проектирования ИС проектировщик формирует в памяти компьютера модель заданной предметной области, а также комплекс моделей решаемых задач. На стадии эксплуатации пользова­тель обращается к подсистеме знаний и выбирает соответству­ющую модель решения, после чего через подсистему управле­ния данными включаются другие подсистемы ИТ. При отсутствии в ИТ подсистемы представления знаний состав и взаимосвязь под­систем ограничиваются пунктирным контуром (Слайд 9).

 

 

Фаза учета.

(Слайд 13)

 

Фаза учета необходима для констатации истинного состоя­ния параметров производства.

Комплекс задач, решаемых в этой фазе, отно­сится в основном к задачам бухгалтерского учета и имеет в сво­ем составе такие задачи, как учет основных средств и матери­альных ценностей, учет труда и его оплаты, учет себестоимости продукции, учет денежных и расчетных операций и т.п. Мате­матические модели здесь достаточно просты, а результатной информацией являются бухгалтерские регистры учета и отчет­ности, характеризующие состояние производства

Выходная информация фазы учета используется фазой ана­лиза, на вход моделей которой поступает также выходная ин­формация фазы планирования как эталон состояния производ­ства.

 

Фаза анализа.

(Слайд 14)

 

Фаза анализа позволяет опреде­лить размер и направление отклонений значений этих парамет­ров, а также предугадать тенденции изменений.

Здесь решаются задачи по анализу состояния отдельных параметров производственного процесса по отно­шению к заданным значениям (плану). Это задачи по анализу выпускаемой продукции и ее себестоимости, трудовых ресур­сов и трудозатрат, состояние материальных и финансовых ре­сурсов. На логическом уровне эти задачи описыва­ются математическими моделями одно- и многофакторного анализа, аналитических и оптимизационных расчетов.

В фазе анализа в результате решения функциональных за­дач получают аналитические таблицы, графики, рекоменда­ции по регулированию производства. Выходная информация этой фазы поступает к ЛПР, который с учетом дополнитель­ных факторов и принимает решение о размерах и направлени­ях регулирования производства. В сложных ситуациях в фазеанализа используется информация экспертов, в качестве ко­торых могут выступать как опытные специалисты, так и (при возможности) компьютерные экспертные системы. Использо­вание в фазеанализа моделей представления и формализации знаний существенно повышает обоснованность и корректность принимаемых решений.

 

 

Фаза регулирования.

(Слайд 15)

 

Здесь решаются функциональные за­дачи календарного планирования и диспетчирования производства, т. е. на основе информации и принятых реше­ний в фазеанализа происходит оперативное воздействие на параметры производственного процесса. Для формального описания задач регулирования привлекаются методы и моде­ли календарного и сетевого планирования, транспортные мо­дели и модели оперативного управления. Результатной инфор­мацией этой фазы являются календарные и сетевые графики производства продукции, маршруты, алгоритмы диспетчиро­вания.

Модельный подход

Модельный подход - последовательное пре­образование управления - от общей математической модели управления до алгоритмической модели решаемой функцио­нальной задачи методом последовательной декомпозиции и преобразования моделей в процессе проектирования ЭИС (Слайд 17):

 

· Общая математическая модель уп­равления (ОММУ) отражает критерий и целевую функ­цию управления с учетом налагаемых на объект управления ограничений.

· ОММУ в результате предпроектного анализа (ПА) декомпозируется на частныематема­тическиемодели управления (ЧММУ) объектом, отражающие частные задачи управления и их цели.

· Техническое проектирование (ТП) включает в себя концептуальное проектирование (КП) и логическоепроектирование (ЛП).

· Концептуальный проект (КП) позво­ляет из ЧММУ создать содержательный образ (концептуальнуюмодель (КМ)) проектируемой ИС, а результатом логического проекти­рования (ЛП) являются алгоритмические модели (AM) решаемых в системе задач управления.

· Физическое проектирование (ФП) дает рабочий проект (РП) реализации ИТ в ИС.

 

На физическом уровне автоматизированное проектирование ЭИС производится проектировщиком с по­мощью АРМ с соответствующим базовым и проблемно-ориентированным программным обес­печением.

Такой модельный подход к автоматизированному проектированию ИС нашел отражение в технологиях проектирования, называемых CASE - технологиями.

 

 

Case-технологии

 

CASE - технология(Computed Aided Software Engineering) должна поддерживать проектирование, выбор технологии, архитектуры и написание программного обеспе­чения. Другими словами, CASE - технология – это система конструирования программ с помощью компьютера. Разра­ботчик с ее помощью описывает предметную область; входя­щие в нее объекты, их свойства; связи между объектами и их свойствами. В результате формируется модель, описывающая основных участников системы, их полномочия, потоки финан­совых и иных документов между ними. В ходе описания со­здается электронная версия проекта, которая распечатывает­ся и оперативно передается для согласования всем участни­кам проекта как рабочая документация.

Построение ИС на базе использования моделей ИТ.